Si_xN_y常被用作量子阱混杂(QWI)的抑制材料,为了探索Si_xN_y的生长工艺对InGaAs/GaAs量子阱结构混杂效果的影响,对等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法的工艺参数,如沉积时间、SiH₄流量以及射频(RF)功率进行一系列实验。实验结果表明:Si_xN_y可以较好地保护量子阱,但其厚度对QWI抑制效果的影响较小;当SiH₄流量较大时,Si_xN_y中富Si,退火过程中Si可能发生扩散而与P型欧姆接触层形成电补偿,同时诱导量子阱混杂,使其波长发生较大蓝移;减少SiH₄流量,Si_xN_y中Si的含量降低,折射率降低,但蓝移量仍较大;在一定范围内,蓝移量随着RF功率的增大而增大;当RF功率为50 W、SiH₄流量为50 sccm时,Si_xN_y起到较好的量子阱保护作用,蓝移量仅为14.1 nm。

利用13.56 MHz的射频等离子体化学气相沉积设备(RF-PECVD)在不同沉积温度(50~400 ℃)下制备了一系列氢化硅氧(SiOx∶H)薄膜材料, 并研究了薄膜材料性能与微结构的变化规律。随着沉积温度的增加, 薄膜内的氧含量(CO)下降, 晶化率(XC)也下降, 折射率(n)上升, 此外, 薄膜的结构因子(R)下降, 氢含量(CH)先上升后下降, 由此在合适的中间温度下可以获得最大的氢含量。通过实验结果分析提出了不同沉积温度下制备硅氧薄膜的内在微结构模型: 低温下沉积的硅氧薄膜是以氢化非晶硅氧(a-SiOx∶H)相为主体并嵌入氢化纳米晶硅(nc-Si∶H)的复合材料, 而在高温下沉积的硅氧薄膜则是以氢化非晶硅(a-Si∶H)相为主体并嵌入越来越少的nc-Si∶H相和a-SiOx∶H相的复合材料。由上可知, 要制备太阳电池通常采用的晶化率XC高、氧含量CO高的氢化纳米晶硅氧(nc-SiOx∶H)材料, 需要采用相对较低的沉积温度。

利用有限时域差分方法设计并优化了由二氧化硅和氮化硅组成的双层和三层减反射膜, 在1550nm波长附近实现减反射效果。采用等离子增强化学气相沉积高质量的二氧化硅和氮化硅薄膜, 制备了氧化硅、氮化硅双层减反射膜, 同时制备了氮化硅、氧化硅、氮化硅三层减反射膜。测量了两种减反射膜的减反射效果, 双层减反射膜的反射率可以达到0.18%以下, 三层减反射膜比双层减反射膜具有更大的带宽。

HADS产品通常使用有机膜材料来减小寄生电容, 以实现高像素密度(PPI)显示。本文对如何改善以顶层ITO为像素电极(Pixel Top)设计的有机膜产品的公共电极ITO与数据线间短路(DCS)不良进行了工艺优化研究。首先, 通过显微镜、聚焦离子束对HADS有机膜产品DCS不良发生机理进行了分析, 进而提出了第一钝化绝缘层刻蚀工序省略、保留第一钝化绝缘层至公共电极与像素电极间第二钝化绝缘层刻蚀时进行“一步刻蚀”的工艺流程变更改善方案。针对新工艺流程验证中TFT栅极过孔处第一钝化绝缘层出现的底切不良, 通过调整等离子增强化学气相沉积成膜参数改善第一钝化绝缘层膜质, 并选取最优成膜条件进一步调整干法刻蚀参数改善刻蚀形貌, 获得了优良的栅极过孔刻蚀坡度角。优化后的“一步刻蚀”工艺进行的TFT基板, 其栅极过孔第一钝化绝缘层坡度角小于40°, 与栅极绝缘层间无明显刻蚀台阶。量产验证有机膜缺失导致的DCS发生率降为0。通过优化工艺, 在降低产品不良率的同时还减少了工艺步骤, 提升了产能。

研究了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺参数对SiNx及SiOxNy防潮能力的影响, 并测试了SiNx/SiOxNy叠层薄膜的水汽渗透速率(WVTR)。实验结果表明: 单层SiNx薄膜和SiOxNy薄膜都存在临界厚度, 当膜厚大于临界值时, 继续增大厚度不会明显改善薄膜的WVTR。当沉积温度从50℃提高到250℃, SiNx薄膜的WVTR从0.031g/(m2·day)降至0.010g/(m2·day)。SiOxNy沉积时, 增大N2O通入量对薄膜的WVTR影响不明显, 但可以有效改善薄膜的弯曲性能。最后, 4个SiNx/SiOxNy叠层膜的WVTR下降到了4.4×10-4g/(m2·day)。叠层膜防潮能力的显著提升归因于叠层结构可以有效解耦层与层之间的缺陷, 延长水汽渗透路径。

为了制备高质量氮化硅薄膜, 采用等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)进行氮化硅的气相沉积, 讨论了工艺参数对薄膜性能的影响, 验证设备工艺均匀性和批次间一致性。通过高低频交替生长低应力氮化硅薄膜, 并检测薄膜应力, 对工艺进行了优化, 探索最佳的高低频切换时间。研究了 PECVD氮化硅薄膜折射率、致密性、表面形貌等性质, 制备出了致密的氮化硅薄膜。研究结果表明, PECVD氮化硅具有厚度偏差小、折射率稳定等特点, 为其在光学等领域的应用打下了基础。

研究了PECVD工艺对晶硅太阳能电池表面氮化硅薄膜的均匀性和组件的外观颜色差异的影响。以梅耶博格的SINA I板式PECVD设备为例, 讨论了产生颜色差异的原因, 并提出了解决颜色差异、优化颜色及镀膜均匀性的方案。在此基础上, 对板式PECVD镀膜设备进行了有针对性的调整, 改善了镀膜的均匀性, 使颜色的一致性得到优化。

为了实现在GaSb衬底上获得低应力的SiO2薄膜, 研究了等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在晶格失配较大的GaSb衬底上沉积SiO2薄膜的应力情况。通过改变薄膜沉积时的工艺条件, 如反应温度、射频功率、反应压强、气体流量比, 并基于曲率法模型, 对镀膜前后的曲率半径进行了实验测量, 利用Stoney公式计算相关应力值并绘制应力变化曲线。详细讨论了PECVD工艺条件的改变对SiO2薄膜应力所产生的影响。同时通过在Si衬底上沉积SiO2薄膜, 对比分析了导致薄膜应力产生的因素及变化过程。实验结果表明, 在沉积温度为300 ℃、射频功率为20 W、腔体压强为90 Pa、气体流量比SiH4/N2O为125/70 cm3·min-1的工艺参数下, PECVD法在GaSb衬底上沉积的SiO2薄膜应力相对较小。

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备氮化硅(SiNx)和含氟氧化硅(SiOxFy)薄膜,探讨了薄膜材料的最佳制备工艺参数,明确了薄膜光学特性与气体流量、射频功率、反应压强等制备工艺参数的关系; 设计并制备了1 064 nm高反射膜, 并与PVD法制备的Ta2O5/SiO2高反膜进行对比, 结果表明, 其反射率在99.0%左右时, PECVD法制备的高反膜具有较高的抗激光损伤阈值, 约为PVD法的2倍。